Verfahren zur Entfernung von Phosphaten aus Abwässern Zur Reinigung von Abwässern werden bekanntlich mechanische, biologische und chemische Klär- und Be handlungsverfahren verwendet.
Zur Reinigung industrieller Abwässer dienen vor wiegend die mechanische Klärung und die chemische Behandlung. Sedimentierbare Verunreinigungen werden dabei durch Absitzen ausgeschieden. Langsam sedimen tierende, kolloidal oder echt gelöste Stoffe werden durch Zufügen von Fällungs-,,, oder Flockungsmittel in eine sedimentierbare Form gebracht.
In häuslichen Abwäs sern, die überwiegend organische Verunreinigungen ent halten, werden durch die biologischen Verfahren unter Mitwirkung von Mikroorganismen und von Luft kolloidal oder echt gelöste Stoffe abgebaut und von den Mikro organismen als körpereigene Substanz assimiliert. Der Überschuss des aus den Mikroorganismen sich bildenden Belebtschlammes wird durch die bereits erwähnten Me thoden der mechanischen und chemischen Reinigung ab geschieden.
Für die Reinigung kommunaler oder indu strieller Abwässer, die anorganische und organische Ver unreinigungen nebeneinander enthalten, werden die me chanischen, biologischen und chemischen Behandlungs methoden in jeweils zweckentsprechender Weise so kom biniert, dass das behandelte Wasser ohne Beanstandung in den Vorfluter gegeben werden kann.
In den letzten Jahren hat sich wiederholt gezeigt, dass die mit den bisher bewährten Verfahren erfüllte Vor fluterreinheit nicht mehr genügt. Der in den behandelten Abwässern verbliebene Gehalt an Phosphor- und Stick stoffverbindungen ruft besonders in stehenden oder nur schwach durchströmten Gewässern ein starkes Wachs tum von Algen und Wasserpflanzen hervor.
Diese als Eutrophierung bezeichnete Erscheinung ruft eine starke Sekundärverschmutzung der Gewässer durch abgestor bene Algen und Pflanzen hervor. Diese Verschmutzung stellt oft den Erfolg der vorausgegangenen Abwasserrei nigung .in Frage, wenn es nicht gelingt, die gelösten Phosphor- und Stickstoffverbindungen aus dem Abwas ser zu beseitigen. Die zur Zeit verwendeten Waschmittel enthalten beträchtliche Mengen an Phosphaten.
Da der grösste Teil dieser Phosphate mit den Abwässern durch den Vorfluter in die freien Gewässer gelangt, ist die Ge fahr der Eutrophierung von Seen und Flüssen noch im mer im Wachsen begriffen.
Es ist bekannt, Phosphate aus Abwässern durch Flok- kung und Sedimentation zu entfernen, wobei als Flok- kungsmittel insbesondere Salze des Eisens und des Alu- miniums verwendet werden. Dabei werden jedoch nur etwa 40 bis 70% des Phosphatgehalts erfasst.
Eine höhere Phosphatabscheidung erfordert einen unverhältnismässig grossen Chemikalienaufwand, was nicht nur eine Kosten frage ist, sondern auch bei: der Bereitigung des Klär- schlammes erschwerend zur Wirkung kommt.
Es wurde nunmehr gefunden, dass der Phosphatge- ha:lt biologisch gereinigter Abwässer zu mehr als 90% durch eine Flockung in zwei Stufen ausgeschieden wer den kann., wenn das Wasser vor der eigentlichen Flockung und Sedimentation mit Aluminium- oder Eisensalzen durch Zugabe von Kalk auf einen pH-Wert von minde stens 8, zweckmässig von 8,5 bis 9,
5 gebracht wird und erst nach mindestens 3 Minuten der üblichen Flockung durch Eisen- oder Aluminiumsalze unterzogen wird.
Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Entfernung von Phosphaten aus biologisch gereinigten Abwässern durch Flockung mit Aluminium- oder Eisen salzen und Sedimentation und Abtrennung der ausge schiedenen Stoffe in mehreren Stufen.
Das erfindungsge- mässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser in einer Vorstufe Kalk bis zu einem pH-Wert von mindestens 8 zugesetzt und die Aufenthaltsdauer des mit Kalk versetzten Abwassers in der Vorstufe ninde- stens 3 Minuten beträgt.
Die Vorbehandlung des biologisch gereinigten Ab wassers kann in einem der Flockungsanlage vorgeschal teten Becken erfolgen, in welchem das Wasser eine Auf enthaltszeit von wenigstens 3 Minuten hat. In dieser Zeit tritt bei einer durch den Kalkzusatz eingestellten hohen Alkalität von pH 8 bis 9 eine Vorflockung ein, bei der Kalziumphosphat in feiner Verteilung ausfällt.
Da bei dieser Alkalität Ammoniak bereits flüchtig ist, können im Wasser enthaltene Ammoniumverbindungen gleichzeitig zerlegt werden,
indem das freigewordene Ammoniak durch Einblasen von Luft abgetrieben wird. Deshalb wird ein der Flockung und Sedimentation vor- geschaltete Behandlungsbecken zweckmässig als Belüf- tungsbecken angelegt. Mit der Belüftung kann auch eine Ausschäumung von Detergentien verbunden werden.
In einem nachfolgenden Flockungs- und Sedimentations- becken können dann durch Zugabe verhältnismässig kleiner Mengen von Eisen- oder Aluminiumsalzen mit den im Wasser noch enthaltenen Verunreinigungen auch die vorgeflockten Phosphate ausgeschieden werden.
In der erfindungsgemässen Behandlung durchläuft das Was ser zunächst einen relativ hohen pH-Bereich, in welchem eine Vorflockung erfolgt, und gelangt nach Zugabe von säuernden Flockungsmittel wieder in einen niedrigeren pH-Bereich,
der eine unmittelbare Abgabe des behan delten Wassers in den Vorfluter erlaubt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird mit gleichem Chemikalienzusatz eine bessere Phosphataus- scheidung erreicht als bei einstufiger Flockung. Ein wei terer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin,
dass durch den Kalkzusatz auch die sonst einer Flockung schwer zugänglichen Polyphosphate mit er- fasst und zu über 90% mit ausgeschieden werden.
Auch die Ausflockung der in dem: biologisch vorbe handelten Abwasser noch enthaltenen organischen Sub stanz ist wesentlich besser als bei einer nur einstufigen Flockung und Klärung.
Deshalb braucht die biologische Behandlung nicht bis zum bestmöglichen Grad getrieben werden, was eine Ver ringerung der Betriebskosten in der biologischen Stufe bedeutet und mittelbar auch zur Senkung der Kosten für die Phosphatabscheidung beträgt.
Bekanntlich können die Mikroorganismen, die sich in der aeroben Abwasserbehandlung bilden, in der nach folgenden chemischen Behandlung einen Teil der Flok- kungsmittel und bzw. oder Flockungshilfsmittel ersetzen, wofern sie noch ihre Aktivität besitzen und keine Sedi- mentation erfahren haben.
Man kann von dieser Möglich- keit, Flockungschemikahen zu sparen, auch in dem er- findungsgemässen Verfahren Gebrauch machen.
Dabei werden die der biologischen Stufe entnommenen Mikro organismen an der Vorflockungsstufe vorbei in das Flok- kungsbecken überführt, damit ihre Aktivität nicht durch das verhältnismässig stark alkalische Milieu der Vor- flockungsstufe geschädigt wird.
In der Vorflockungsstufe bereits absitzende Feststoffe können zur Entlastung der nachfolgenden Flockung und Klärung bereits aus der Vorstufe abgeleitet werden. <I>Beispiel</I> Ein nach dem Belebtschlammverfahren gereinigtes Abwasser wird einmal in bekannter Weise mit 25 mg Kalk und 40 mg Aluminiumsulfat behandelt,
und dabei erreicht man bei einer einstufigen Flockung und Sedi- mentation eine Phosphatentfernung von 67,1%. Arbeitet man dagegen nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit einer Dosierung des Kalkes in einen Vorbehälter, in dem das Abwasser eine Aufenthaltszeit von 10 Minuten hat,
und einer anschliessenden Dosierung des Aluminium- sulfates in die eigentliche Flockungs und Sedimentations- arulage, so erreicht man eine Phosphatentfernung von 79,4%.
Erhöht man die Kalkmenge von 25 auf 50 mg/ 1, so erreicht man bei einer einstufigen Arbeitsweise eine Phosphatentfernung von 85,3%, während man nach dem erfindungsgemässen Verfahren bei einer Kalkvordosie- rung einen Abscheidiuigsgrad von 93% erreicht,
den man ohne die Anwendung dieses Verfahrens bei dem gege benen Abwasser, das etwa 20 mg Phosphat als Polyphos phat enthielt, - überhaupt nicht erreichen kann.
Gleich zeitig wurde durch das erfindungsgemässe Verfahren auch noch ein, zusätzlicher Reinigungseffekt von 5-10% gegenüber der direkten Dosierung in einer Anlage er reicht, was sich sowohl im BSB als auch im Kalium- permangenatwert und in. der Sichttiefe entsprechend aus wirkte.
Process for removing phosphates from wastewater It is known that mechanical, biological and chemical clarification and treatment processes are used to purify wastewater.
Mainly mechanical clarification and chemical treatment are used to purify industrial wastewater. Sedimentable impurities are eliminated by settling. Slowly sedimenting, colloidal or really dissolved substances are brought into a sedimentable form by adding precipitation - ,,, or flocculants.
In domestic wastewater, which mainly contain organic impurities, colloidal or real dissolved substances are broken down by the biological process with the participation of microorganisms and air and assimilated by the microorganisms as the body's own substance. The excess of the activated sludge that forms from the microorganisms is separated by the mechanical and chemical cleaning methods already mentioned.
For the purification of municipal or industrial wastewater that contains inorganic and organic impurities side by side, the mechanical, biological and chemical treatment methods are combined in an appropriate manner so that the treated water can be poured into the receiving water without any complaints.
In recent years it has repeatedly been shown that the floodwater cleanliness achieved with the previously tried and tested methods is no longer sufficient. The content of phosphorus and nitrogen compounds remaining in the treated wastewater causes strong growth of algae and aquatic plants, particularly in stagnant or poorly flowed waters.
This phenomenon, known as eutrophication, causes severe secondary pollution of the waterways by dead algae and plants. This pollution often puts the success of the previous wastewater purification into question if it is not possible to remove the dissolved phosphorus and nitrogen compounds from the wastewater. The detergents currently used contain considerable amounts of phosphates.
Since most of these phosphates enter the open waters with the sewage through the receiving waters, the risk of eutrophication in lakes and rivers is still growing.
It is known to remove phosphates from wastewater by flocculation and sedimentation, in particular salts of iron and aluminum being used as flocculants. However, only about 40 to 70% of the phosphate content is recorded.
A higher phosphate separation requires a disproportionately large amount of chemicals, which is not only a question of costs, but also has an adverse effect on the preparation of the sewage sludge.
It has now been found that more than 90% of the phosphate content of biologically treated wastewater can be excreted by flocculation in two stages, if the water before the actual flocculation and sedimentation with aluminum or iron salts by adding lime to a pH of at least 8, expediently from 8.5 to 9,
5 and is only subjected to the usual flocculation by iron or aluminum salts after at least 3 minutes.
The invention accordingly relates to a method for removing phosphates from biologically treated wastewater by flocculation with aluminum or iron salts and sedimentation and separation of the separated substances in several stages.
The method according to the invention is characterized in that lime is added to the water in a preliminary stage up to a pH value of at least 8 and the lime-added wastewater stays in the preliminary stage for at least 3 minutes.
The pretreatment of the biologically purified waste water can take place in a basin upstream of the flocculation system, in which the water has a retention time of at least 3 minutes. During this time, with a high alkalinity of pH 8 to 9 set by the addition of lime, pre-flocculation occurs, during which calcium phosphate precipitates in fine distribution.
Since ammonia is already volatile at this alkalinity, ammonium compounds contained in the water can be broken down at the same time,
in that the released ammonia is driven off by blowing in air. Therefore, a treatment basin upstream of the flocculation and sedimentation is expediently created as an aeration basin. A foaming of detergents can also be combined with the ventilation.
In a subsequent flocculation and sedimentation basin, the pre-flocculated phosphates can then be separated out by adding relatively small amounts of iron or aluminum salts with the impurities still contained in the water.
In the treatment according to the invention, the water initially passes through a relatively high pH range in which pre-flocculation takes place, and after the addition of acidifying flocculants it returns to a lower pH range,
which allows the treated water to be released directly into the receiving water.
The method according to the invention achieves better phosphate excretion with the same addition of chemicals than with single-stage flocculation. Another advantage of the method according to the invention is that
that the addition of lime also includes the polyphosphates, which are otherwise difficult to access to flocculation, and over 90% of them are also excreted.
The flocculation of the organic substance still contained in the biologically pretreated wastewater is also significantly better than with only one-stage flocculation and clarification.
Therefore, the biological treatment does not need to be carried out to the best possible degree, which means a reduction in operating costs in the biological stage and also indirectly contributes to lowering the costs for phosphate separation.
It is known that the microorganisms that form in aerobic wastewater treatment can replace some of the flocculants and / or flocculants in the subsequent chemical treatment, provided they are still active and have not undergone sedimentation.
This possibility of saving flocculation chemicals can also be used in the method according to the invention.
The microorganisms removed from the biological stage are transferred past the pre-flocculation stage into the flocculation basin so that their activity is not damaged by the relatively strongly alkaline environment of the pre-flocculation stage.
Solids that have already settled in the pre-flocculation stage can be diverted from the preliminary stage to relieve the subsequent flocculation and clarification. <I> Example </I> A wastewater purified using the activated sludge process is treated once in a known manner with 25 mg lime and 40 mg aluminum sulfate,
and a single-stage flocculation and sedimentation process achieves a phosphate removal of 67.1%. If, on the other hand, the method according to the invention is used to meter the lime into a pre-tank in which the waste water has a residence time of 10 minutes,
and subsequent dosing of the aluminum sulphate into the actual flocculation and sedimentation system, a phosphate removal of 79.4% is achieved.
If the amount of lime is increased from 25 to 50 mg / l, a phosphate removal of 85.3% is achieved in a single-stage procedure, while a degree of separation of 93% is achieved in the process according to the invention with pre-dosing of lime,
without using this method in the given wastewater, which contained about 20 mg of phosphate as polyphosphate, - can not be achieved at all.
At the same time, the method according to the invention also achieved an additional cleaning effect of 5-10% compared to direct dosing in a system, which had a corresponding effect both in the BOD and in the potassium permangenate value and in the depth of view.